JPS6315734A - 繊維強化樹脂製筒状体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば油空圧用シリンダのチューブ、ト木・
げ設機械用ブーム又はアーム、クレーンのラチスプーム
川パイプ材等に用いて好適な繊維強化樹脂製筒状体に関
する。

〔従来技術〕

従来、接着性の樹脂を含浸きせたｍ維材才゛Ｉを巻回し
て成形した繊維強化樹脂製筒状体は金属製筒状体に比較
して軽量、かつ、高強度であることから、次第に活用さ
れているが、この種繊維強化樹脂製筒状体を例えば油圧
シリンダ用チューブのように圧力容器として使用する場
合、該チューブの軸端側聞１−１は、従来第５図又は第
６図に示す方υ、で施蓋していた。

第５図において、■はチューブ本体で、該チューブ本体
１は接着性の樹脂を含浸させた繊維材料を中空筒状に巻
回して成形したものからなっており、該チューブ本体ｌ
の内周面ｌＡには軸力向−側寄りに位置してリング溝２
が周設されている。

３はチューブ本体ｌの一端側開１１を旋層するシリンタ
カパーで、該カバー３はチューブ本体１の内径と同じ外
径を有する厚肉円板からなっており、外周面３ＡにはＯ
リング４が嵌着されている。５は該カバー３をチューブ
本体ｌ内に係１１−するためにリング溝２に嵌合された
環状Ｗ板からなる１１め輪で、該１１−め輪５はカバー
３にかかる内圧を受承するようになっている。

一方、第６図は他の従来技術に係る油圧シリンダ用チュ
ーブを示す。図において、１１′は前記チューブ本体ｌ
と同様に繊維強化樹脂によって成形したチューブ本体゛
で、該チューブ本体１１の外゛周面１１Ａには一側の軸
端寄りに位置して雄ねじ１２が形成されている。１３は
チューブ本体１１の一端側聞口を施蓋するシリンダカバ
ーで、該カバー１３はチューブ本体１１より大径の肉厚
円板状に形成され、内側面には環状のリング溝１４が設
けられた本体部１３Ａと、該本体部１３Ａの内側面から
筒状に突出形成され、内周面には前記雄ねじ１２に螺合
する雌ねじ１５が形成された嵌合部１３Ｂとからなって
いる。そして、該シリンダカバー１３はリング溝１４に
Ｏリング１６を嵌合した状態でチューブ本体１１に螺着
されており、雄ねじ１２と雌ねじ１５の螺合力によって
内圧を受承するようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

而して、第５図に示した止め輪５を用いてカバー３を受
承する従来技術にあっては、チューブ本体１の内周面Ｉ
Ａにリング溝２を形成するための溝加工を行うが、この
溝加工によってチューブｌを形成している繊維材料が短
く切断されてしまうこと番どなる。この結果、繊維方向
には大きな強度を有する繊維強化樹脂の強度が部分的に
失われてしまうという欠点がある。また、チューブ本体
ｌは繊維材料を巻回して成形したものであるから、該チ
ューブ本体１にリング溝２を形成すると該溝２の部分か
ら居間剥離が起こり易く、信頼性に欠けるという欠点が
ある。

叙上の如く、樹脂を含浸させた繊維材＄ｚＩを巻回して
成形したチューブ本体ｌにリング溝２を形成することは
チューブ本体ｌの強度を失わせるものであり、このため
チューブの内圧を十分に１−げることかできないという
欠点がある。

一方、第６図に示すようにカバー１３をチューブ本体１
１に螺着する他の技術従来にあっても。

チューブ本体１１の外周面１１Ａに雄ねじ１２を形成す
る時にｍ！材料を切断するため、前述した従来技術と同
様の欠点がある。

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなきれたもので
、カバー取付は部材、フランジ部材等のように相手方部
材を取付けるための取付は用部材をｔｌ！ｔｍ材料を切
断することなく一体的に設けた繊維強化樹脂製筒状体を
提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

一上述した問題点を解決するために構成された本発明の
手段は、樹脂を含浸させた繊維材料を巻回して一成形し
た内筒と、該内筒の軸方向端部に嵌合され、外周面には
軸方向途中に位置して少なくともｌの係合部が形成され
た筒状の取付は用部材と、樹脂を含浸させた繊維材料を
前記内筒から取付は用部材の少なくとも係合部にかけて
一体的に巻装してなる外筒とからなる。

ここで、」二記繊維材料には炭素繊維、ガラス繊維、ア
ラミド繊維、アルミナｍ維、炭化珪素繊維等があり、該
繊維材料に含浸させる樹脂には、接着性を有するエポキ
シ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエー
テルエ゛−チルケトン樹脂等の熱硬化性樹脂或いは熱可
塑性樹脂がある。

また、前記ｍ維材料の巻回方法と己ては、糸状繊維材料
を用いるフィラメントワインディング法、テープ状ｍ維
材料を用いるテープワインディング法、織物状繊維材料
を用いるハンドレイアップ法、プリプレグを用いるロー
リングテーブル法等がある。

更に、取付は用部材には金属材料、セラミック材料、短
繊維で強化した樹脂材料等によって成形したものがある
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第４図に基づいて
詳述する。

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を示す。図
において、２１は油圧シリンダ用チューブ、２２は該チ
ューブ２１を構成する内筒で、該内筒２２は熱硬化性樹
脂であるエポキシ樹脂を含浸させた炭素繊維からなる糸
状繊維材料をフィラメントワインディング法によって９
０°に近い一定の巻角、θ１−４０〜８５°で所定の厚
さになるまで交差巻付けした１層以−Ｌの巻回層からな
る筒体状に形成されている。　゛ ２３は前記内筒２２の軸方向両端部（但し、他端部は図
示せず）に嵌合された金属製筒体からなるカバー取イ・
ｊけ部材を示す。該カバー増刊は部材２３は１ｈ１１方
向−側に付置する厚肉円筒部２４Ａ、該厚肉円筒部２４
Ａから傾斜面２４Ｂを介して軸方向他側に形成された薄
肉円筒部２４Ｃ及び該薄肉円筒部７４Ｃから傾斜面２４
Ｄを介して軸方向他端側に形成された中肉円筒部２４Ｅ
とからなる筒状本体２４と、該筒状本体２４の厚肉円筒
部２４Ａに・側端面から軸力向に穿設した複数の雄ね１
部２５　、２５　、・・・とから構成されている。かく
して、カバーＪ［！Ｉ！伺は部材２３の外周面２３Ａに
は軸方向途中に位置して保合四部２６が環状に形成され
ている。

２７は内筒２２の外周面２２Ａからカバー増刊は部材２
３の外周面２３Ａの全面にわたって形成された外筒で、
核外ｍ２７は内筒２２と同様にエポキシ樹脂を含浸させ
た炭素繊維からなる糸状繊維材料をフィラメントワイン
ディング法によって第２図に示すように００に近い一定
の巻角、θ２−５〜２０°で所定の厚さになるまで交差
巻イ・ｊけしだ１層以七の巻回層からなる筒体状に形成
されている。

かくして、本実施例によるチューブ２１は繊維強化樹脂
製の内筒２２と、該内筒２２の軸方向両側にｉｔ着され
た金属製のカバー増刊は部材２３と、内筒２２とカバー
増刊は部材２３の外周面２２Ａ、２３Ａ全面に形成され
た繊維強化樹脂製の外部２７とからＳ成されている。

−力、２８はチューブ２１の軸方向−側聞日を閉塞する
ための金属製のシリンタカバーで、該カバー２８は外筒
２７と同じ外径に形成された厚肉円板状の本体部２８Ａ
と、該本体部２８Ａの内側面中央に位置して突出形成さ
れ、内筒２２内に嵌入するようになった偏平円柱状の嵌
入部２８Ｂと、該嵌入部２８Ｂの外周側にイ装置し、本
体部２８Ａの周方向に離間して穿設された複数のポルト
挿通穴２８Ｃ，２８Ｃ、・・・とから構成されている。

また、２９はシリンタカバー２８と内筒２２どの間をシ
ールすべく該カバー２８の嵌入部２８Ｂ外周而に嵌合さ
れた０リング、３０゜３０、・・・はシリンタカバー２
８をチューブ２１に締着するための複数本のボルトであ
る。

本実施例はＩ−述の構成からなるが、次に実施例による
チューブ２１の製造法について説明する。

まず、製造すべきチューブ２１の内径に等しい外径寸が
、を有し、表面精度を十分に出した型材（マンドレル）
を予め製作しておく。次に、内筒２２を形成するために
エポキシ樹脂を含浸させた炭素ｍ維からなる糸状繊維材
料を一定の巻角θ１で該型材の外周面に引張力をかけな
がらフィラメントワインディング状によって交差巻付け
し、所定の厚みの巻回層からなる筒状体を形成する。な
お、内筒２２は周方向の内圧を最も受けるものであるか
ら、糸状繊維材料は内圧を受承するのに最も適した巻角
θ、＝９００に近い巻角θ１−４０〜８５°で巻回する
。

１−述の如くして筒状体を形成したら硬化炉内に入れて
エポキシ樹脂を熱硬化させることにより内筒２２を形成
する。そして、該内筒２２の外周面２２Ａにはカバー増
刊は部材２３及び外筒２７の接着性を高めると共に、該
内筒２２の熱ひずみを除去するための機械加Ｆ−を施し
ておく。

次に、−１−述した内筒２２の輔力向−側端には。

内周面に接着剤を塗７１ｊシたカバー取（−１け部材２
３を嵌合し、固着させる。

而して、該接着剤が完全に硬化したら、内筒２２とカバ
ー増刊は部材２３の各外周面２２Ａ。

２３Ａ上に一体的に外筒２７を形成する。ここで、該外
筒２７は前記内筒２２と同様に、エポキシ樹脂を含浸Ｓ
せた炭素繊維からなる糸状繊維材料を一定の巻角０２で
、内筒２２の外周面２２Ａからカバー地利は部材２３の
外周面２３Ａ全面、即ち軸方向他側の中肉円筒部２４Ｅ
から薄肉円筒部２４Ｇを越えて軸方向・側の厚肉円筒部
２４Ａにいたるまで引張力をかけながらフィラメントワ
インディング法によって交差花信けし、所定の厚みの巻
回層からなる筒状体を形成する。

なお、外筒２７は軸方向の曲げ応力を最も受けるもので
あるから、糸状繊維材料は軸方向の曲げ応力を受承する
のに最も適した巻角θ２＝０°に近い巻角θ２−５〜２
０°で巻回する。また、糸状繊維材料を巻回する場合、
カバー取付は部材２３の外周面２３Ａに予めエポキシ樹
脂を塗布しておくことにより、カバー取付は部材２３と
外筒２７との間に空隙が出来るのを防止でき、密着力を
高めることができる。

上述の如くして外筒２７となる巻回層を形成したら、硬
化炉内に入れてエポキシ樹脂を熱硬化させることにより
外筒２７が成形される。

叙１−の如くして、内筒２２．カバー取付は部材”２３
及び外筒２７を一体的に形成したら、内筒２２から型材
を引抜くことにより、内面精度が高く、周方向及び軸方
向の応力に対して十分な強度を備えたチューブ２１が完
成する。しかる後、シリンダカバー２８の各ボルト挿通
穴２８Ｃに各ポル）３０を挿入し、カバー取付は部材２
３の雌ねじ２５に螺合することにより、シリンダカバー
２８はチューブ２１に締着される。

以」−詳述した如く、本実施例によれば内筒２２の外周
には複数の雌ねじ部２５　、２５　、・・・を有する金
属製のカバー取付は部材２３を接着剤によって固着し、
該カバー取付は部材２３の外周には中肉円筒部２４Ｅか
ら薄肉円筒部２４Ｃを介して厚肉円筒部２４Ａにまで糸
状繊維材料を巻回することによって外筒２７が形成し、
であり、しかも該糸状繊維材料は従来技術と異なって一
切の切断加工を行っていない。従って、カバー取付は部
材２３が抜は出したり、或いは糸状ｍ！Ｉ材料が引張り
力によって破断しない限り、チューブ２１が内圧によっ
て破壊するのを防止できる。

また、前述の如く糸状ｔｉｋ維材料はその途中を切断し
ていないから、繊維本来の強度を基礎にチューブ２１の
設計ができるし、内筒２２、外筒２７のいずれにも溝加
工による溝を形成していないから、繊維の切断によって
生じる層間剥離は完全に防止できる。

更に、本実施例ではカバー取付は部材２３は金属材料で
成形することにより、雌ねじ部２５に七分な強度を持た
せることができる結果、シリンダカバー２８はボルト３
０を介して該カバー取付は部材２３に上方に締付１する
ことができ、油圧シリンダの液密性を向Ｉ−できるし、
油圧シリンダ全体の信頼性を高めることができる。なお
、カバー地利は部材２３は金属材料に代えてセラミック
材料、短繊維を用いたｌａ維強化樹脂を用いて成形して
もよい。また、カバー取付は部材は糸状繊維材料を巻角
θ３＝９０°で巻回するフープ巻きによって形成しても
よく、このフープ巻きで形成した場合にはボルト３０に
対して最も強い引抜き強度を得ることができる。

なお、カバー取付は部材２３のうち外筒２７の締伺は力
を最も受ける薄肉円筒部２４Ｃの軸方向長さを実施例の
場合よりも長く形成することにより、カバー増刊は部材
を内筒２２に一層密着させるようにしてもよい。

また、第３図に示すように、カバー取付は部材２３の薄
肉円筒部２４Ｃ外側に位置する保合四部２６には樹脂を
含浸ｙせた糸状繊維材料を巻角θ４＝９０°で巻回した
フープ巻き部３１を形成して該薄肉円筒部２４Ｃを外周
側から締付けることにより、カバー取付は部材２３と内
筒２２の密着力を高めることができ、しかも内圧による
用張力に対する強度を一層高めることができる。更に、
内筒２２の外周面２２Ａからカバー取付は部材２３の外
周面２３Ａにかけて巻回する外筒２７の糸状繊維材料は
、該カバー取付は部材２３の中肉円筒部２４Ｅから薄肉
円筒部２４Ｃにかけて巻回した後、該薄肉円筒部２４Ｃ
で折返して内筒２２の外周面２２Ａ方向に巻回すること
により、厚肉円筒部２４Ａ外周には巻回しないようにし
てもよい。こうすることによって該糸状繊維材料がチュ
ーブ２１の軸端側で切断されるのを避けることができる
から、外筒２７の強度を一層高めることができる。

次に、第４図は本発明の第２の実施例を示す。

本実施例の特徴とするところは、チューブ４１を構成す
る内筒４２は角柱状の型材を用いて中空角筒状に成形す
ることにより、該内筒４２に嵌合するカバー取伺は部材
４３も角筒状に成形し、従って内ｔ５４２及びカバー取
伺げ部材４３の外周に形成する外泊４４も角形に形成し
て中空角筒状のチューブ４１に構成したことにある。

なお、本実施例においても、内筒４２及び外筒４４は第
１の実施例と同様に樹脂を含浸させた繊維材料の巻回層
によって成形するが、カバー取伺げ部材４３は図・ｉり
するように角鋪体を一体的に形成したものでもよいし、
４枚の板材を内筒４２の外側面に貼着し、該板材を外筒
で覆うように構成してもよいものである。

なお、前述した各実施例では、内筒２２゜４２、力／ス
ー取イ・ｊけ部材２３．４３及び外筒２６．４４からな
るチューブ２１．４１を例に挙げたが、本発明において
内筒と外筒との間に設ける取イ・ｊけ用部材Ｉまフラン
ジ状部材でもよいし、増刊はブラケットないし増刊は輪
でもよい。また、本発明によるパイプは各実施例に述べ
た円筒状或いは角筒状のものに限られず、断面形状が楕
円形、五角形等の各種の閉断面形状のものでもよいもの
である。

〔発明の効果〕

本発明は以１：　、ｉＴ述した如く構成したから、Ｆ記
の諸効果を奏する。

■　繊維材料を巻回して形成した内筒及び外筒には該繊
Ｍｔ材料を切断する従来技術におけるリング溝やねし溝
は一切設けない構成にしたから、鋪状体は繊維材本１本
来の強度を基にした安全性の高い設Ｓ１ができる。

■　」−８記■で述べたように、繊維材料はリング溝等
によって切断することがないから、切断箇所からの層間
剥離現象を完全に防１トすることができ、ｍ維強化樹脂
製筒状体の１耐久に１を向トできる。

■　取伺は用部材の外周には軸方向途中に位置して少な
くともｌの係合部を設け、外筒を形成する繊維材料は該
係合部にまでは巻Ｈするように構成したから、該外筒は
取イζ］け用部材に掛かる軸力向の力を強固に受承する
ことができ、強ｌＷ性に優れた繊維強化樹脂製筒状体を
製造することができる。従って、外筒状体を油圧シリン
ダ用チューブのように圧力容器として使用する場合には
、その内圧を高く設定できる。

■　前記（＞’＋　ＩＪｊないし■項で述べたように本
発明による繊維強化樹脂製筒状体は安全性、耐久性、強
度に１に優れているから、設計の自由度が犬きくなるし
、限界設計が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を示し、第
１図は油圧シリンダ用チューブの部分縦断面図、第２図
は該チューブの部分外観図、第３図は第１図に示すチュ
ーブの変形例を示す部分縦断面図、第４図は本発明の第
２の実施例に係るチューブの外観斜視図、第５図は−・
の従来技術に係る油圧シリンダ用チューブの部分縦断面
図、第６図は他の従来技術に係る油圧シリンダ用チュー
ブの部分縦断面図である。 ２２．４２・・・内筒、２３．４３・・・カバー取イリ
は部材、２６・・・係合凹部、２７．４４・・・外筒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 樹脂を含浸させた繊維材料を巻回して成形した内筒と、
   該内筒の軸方向端部に嵌合され、外周面には軸方向途中
   に位置して少なくとも１の係合部が形成された筒状の取
   付け用部材と、樹脂を含浸させた繊維材料を前記内筒か
   ら取付け用部材の少なくとも係合部にかけて一体的に巻
   装してなる外筒とから構成した繊維強化樹脂製筒状体。